công nghệ Computer Aided Engineering (CAE)

PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE
PHẦN 2: CƠNG NGHỆ CAE
SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 1
PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE
1. Tổng quan
1.1. Khái qt về thuật ngữ CAE
- Abbreviation of computer-aided engineering, computer systems that analyze engineering
designs. Most CAD systems have a CAE component, but there are also independent CAE
systems that can analyze designs produced by various CAD systems. CAE systems are able to
simulate a design under a variety of conditions to see if it actually works.
- CAE là thuật ngữ viết tắt của cụm từ "Computer Aided Engineering" dịch ra tiếng Việt là
"Mơn cơng nghệ với sự hỗ trợ của máy tính", hệ thống máy tính dùng để phân tích thiết kế kỹ
thuật.
- CAE là phương pháp thực nghiệm, tính tốn, mơ phỏng để tìm giải pháp thiết kế tối ưu nhất,
giá rẻ nhất, thời gian nhanh nhất trên máy tính dựa trên các thuật tốn FEM v.v...
1.2. Sự khác nhau giữa CAD và CAE
Một ví dụ minh họa cho sự khác nhau giữa CAD và CAE :
- Những năm trước đây khi CAE chưa được ứng dụng, các bộ phận “nhạy cảm” như tấm cản
của xe hơi được sản xuất theo mẫu vẽ sẵn . Khơng có điều kiện thử nghiệm thực tế. Sự trợ
giúp của computer chỉ dừng lại ở lĩnh vực của CAD. Muốn sản phẩm đạt tiêu chuẩn an tồn
thì cần phải thực nghiệm, tính tốn ứng lực, độ xung kích, hệ số an tồn v.v…
Những ngày đầu người ta làm ra hàng loạt mẫu thiết kế rồi cho nó va đập, xung kích sau
đó lựa chọn những mẫu an tồn nhất để sản xuất.
- Khi khái niệm FEM(Finite element method: phương pháp phần tử hữu hạn) ra đời, các kĩ sư
đã có thêm cơng cụ tính bằng tay những vẫn phải lựa chọn bằng phương pháp “thực tế” để
tìm ra mẫu lí tưởng nhất, vì thời gian tính tốn 1 tấm cản để tìm ra thơng số tối ưu cũng phải
mất vài năm. Khoảng 15 năm trước chi phí cho việc nghiên cứu thành cơng 1 tấm cản xe hơi
cũng mất khoảng 10 đến 30 triệu USD, 1 bộ khn chế cản thực nghiệm loại rẻ nhất là
400.000 USD. Trong khi đó mỗi lần chọn lựa người ta phải dùng đến hàng chục bộ khn.
- CAE ra đời giúp người ta tiết kiệm được chi phí cho thực nghiệm 1 cách tối ưu và gần
thực tế nhất.

- Khoảng 25 năm trước khi mà kỹ thuật hardware còn yếu và kỹ thuật CAD 3 chiều chưa mạnh
như bây giờ thì người dùng ngơn ngữ C hay Fortran để giải các bài tốn FEM thì cần thiết
phải có những kỹ sư chun mơn về CAE để đọc các trị số trong kết quả mà máy tính đưa ra
để phân tích. Gần đây với sự tiến bộ vượt bậc của kỹ thuật CAD 3D, nhất là ứng dụng của kỹ
thuật Solid Modelling thì khơng cần đến các kỹ sư CAE chun mơn, các kỹ sư bình thường
cũng có thể nhìn, xem kết quả dự đốn các mơ phỏng tính tốn bằng mắt trên màn hình máy
tính.
SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 2
PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE
- Hầu hế các hệ thống CAD điều có tích hợp CAE( nhưng phần lớn các CAE tích hợp này có
chức năng hạn chế trong việc phân tích đánh giá), đồng thời có những hệ thống CAE độc lập:
Moldflow, Moldex 3D..., những hệ thống này có chức năng phân tích đánh giá tốt hơn, có thể
phân tích thiết kế sản xuất bởi nhiều hệ thống CAD. Những hệ thống CAE với chức năng
dùng để mơ phỏng một thiết kế dưới nhiều điều kiện. Từ đó tối ưu hóa sản phẩm thật trước
khi đưa ra làm việc trong mơi trường thực tế.
1.3. Những ưu điểm và ứng dụng của CAE
- Phân tích CAE dựa vào đặc tính trình tự của hệ thớng, kết hợp lý ḷn mơ hình để tiến hành
phân tích, kết quả có ý nghĩa vật lý, là Know-Why mà khơng phải là Know-How của kinh
nghiệm trùn thớng, do đó có thể hệ thớng hóa và khoa học hóa tham sớ ép phun và các lọai
thiết kế đới với trình tự trạng thái và chất lượng sản phẩm, đạt đến mục tiêu ép phun mợt cách
khoa học (Scientific Molding).
- Do tính tin cậy của kết quả CAE, có thể chỉ ra vấn đề có thể tìm ẩn trong ép phun và thiết kế,
đề ra sửa đởi thiết kế và hướng giải qút trở ngại và phương án khả thi, có thể tránh điểm mù
kinh nghiệm.
- CAE ở giai đọan thiết kế (trên) có thể thực hiện trên máy vi tính đới với các phương án sửa
đởi thiết kế tiến hành đánh giá (Evaluate), nhận định (Verify) và tới ưu hóa (Optimize), giảm
thời gian-giá thành thử khn-sửa khn thực tế, rút ngắn chu trình thử sai thực tế, rút ngắn
thời gian khai phát sản phẩm (Product Development Time) và thời gian đưa ra thị trường
(Time-to-Market), hao phí tiền bạc trong các cơng đọan.CAE có thể trợ giúp người ép phun
dự đốn và nắm bắt thơng sớ ép phun đới với ảnh hưởng chất lượng sản phẩm, tìm ra cửa sở

gia cơng (Processing Window) và tới ưu hóa điều kiện gia cơng.
- CAE có thể chỉ ra các nhân tớ chủ ́u ảnh hưởng chất lượng ép phun, từ đó cung cấp tham sớ
sửa đởi thiết kế và tham sớ ép phun và chỉ tiêu định lượng
- CAE có thể giúp người sử dụng nhanh chóng nắm bắt vật liệu mới, quy trình mới, thiết kế
mới và phương pháp ép phun, có hiệu quả và nhanh chóng tích lũy kinh nghiệm thiết kế
ch̉n và hiểu biết về ép phun.
- Trong lĩnh vực khn mẫu, hầu hết các phần mềm CAE được ứng dụng để:
- Mơ phỏng, phân tích khả năng điền đầy từ đó tối ưu hóa hệ thống kênh dẫn nhựa, lựa chọn
máy ép phù hợp, chọn thời gian packing hợp lý...
- Mơ phỏng sự phân bố nhiệt độ trên khn và sản phẩm giúp người thiết kế biết hướng lựa
chọn hệ thống làm nguội cho hợp lý nhằm đạt hiệu suất cao..
SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 3
PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE
- Mơ phỏng các lỗi, khuyết tật trên sản phẩm do khn, do máy, hệ thống làm nguội...gây ra, từ
đó giúp người thiết kế hiệu chỉnh kịp thời.
2. Ứng dụng phần mềm Modex 3D trong phân tích thiết kế khn ép nhựa
2.1. Thơng số máy ép phun
- Tên máy: NESSEI-FN400-36A
- Các thơng số quan trọng:
 Áp suất điền đầy max( Pressure Max): 210Mpa
 Đường kính trục vít( screw diameter): 50mm
 Hành trình trục vít(screw stroke): 700mm
 Shot Weight: 325g
 Tốc độ phun ( Inject rate): 100 cm
3
/s
 Lực kẹp chặt (claming force): 80 tấn
 Kiểu máy: nằm ngang.
 Lực kẹp giữ khn ( Clamp force): 110 tấn.
 Lực ép phun: 60 tấn.

 Áp suất phun ( Inject pressure): 105Kg/cm ~ 1510 psi.
 Trọng lượng nhựa một lần phun: 200g.
 Khoảng mở cố định lớn nhất: 400 mm.
 Khoảng đóng mở khn lớn nhất: 350 mm
 Kích thước bàn kẹp khn: 45mm x 500mm.
 Đường kính trục dẫn hướng: Þ120mm.
 Đường kính lỗ định vị tâm: 100mm.
 Cơng suất mơtơ bơm: 18,5 KW.
 Trọng lượng máy: 4,5 tấn.
 Áp suất dầu cấp cho xilanh 6Bar = 61.83 kgf/cm
2
SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 4
PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE
Máy ép phun NISSEI FN4000
2.2. Đặc tính nhựa ép phun Polypropylene (PP)
PP dùng cho ép phun thơng thường ở dạng hạt, có một số loại dạng bột.
Với PP sử dụng ở nhiệt độ cao, hỗn hợp PP được ổn định chống oxy hố và các tác
động có hại
• Kháng lão hố nhiệt thơng thường, có phụ gia bơi trơn khơng hại về sinh học
• Kháng lão hố nhiệt cao, có ổn định quang, khơng ảnh hưởng về mặt sinh học
• Kháng thời tiết- ổn định bằng than đen, dùng amine có cấu trúc khơng gian cồng kềnh
cho các áp dụng ngồi trời.
• Kháng lão hố nhiệt cao với dung dịch tẩy rửa nóng, nước nóng, khơng độc.
• Kháng lão hố nhiệt cao khi tiếp xúc với đồng và các kim loại khác.
Với cơng nghệ ép phun, thơng thường compoud PP có ổn định được dùng sản xuất các
trang thiết bị nhà bếp và nội thất, thiết bị vệ sinh, gót giày, đồ dùng gia đình( chén đĩa…) ,đồ
chơi…PP kháng nhiệt có ổn định chịu đựơc dung dịch tẩy rửa dùng sản xuất các bộ phận
máy giặt gia đình và trong cơng nghiệp dệt, ví dụ lõi quấn chỉ bộ phận nhuộm, các phần của
máy móc điện tiếp xúc dây đồng. Trong lĩnh vực phương tiện vận chuyển, nhiều loại PP
khơng hoặc có gia cường được dùng: vỏ acquy, cửa thơng gió xe hơi, vơlăng xe hơi , bộ lọc

khí, thanh chắn bùn. Cái hãm phanh.
SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 5
PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE
Các thơng số kỹ thuật nhựa PP:
Density (g/cm³): khối lượng riêng. 0.899 to 0.948
Mold Shrinkage, Flow (cm/cm): Độ co khi
đúc
0.012 to 0.018
Melt Mass Flow Rate (g/10 min): Tốc độ
chảy của khối nhựa chảy
0.27 to 49
Drying Temperature (°C): Nhiệt độ sấy
khơ
75.0 to 85.0
Max Moisture (%): Độ ẩm cao nhất 0.050 to 0.20
Injection Pressure (Mpa: Áp suất phun 6.21 to 103
Nozzle Temperature (°C): Nhiệt độ tại
miệng phun
188 to 246
Melt Temperature (°C): T
M
Nhiệt độ chảy 210to 250(230)
Ejector Temperature (°C): T
E
Nhiệt độ
mở khn
145
Freeze Temperature (°C): T
F
Nhiệt độ

đơng đặc
165
Mold Temperature (°C): T
W
Nhiệt độ
khn
20 to 60( 50)
Linear shrinkage: Độ co theo đường 2,17%
Thơng số kỹ thuật nhựa PP trong ép phun
Giản đồ quan hệ giữa áp suất-khối lượng-nhệt độ(PVT) của nhựa PP
3. Các q trình phân tích CAE khn ép sản phẩm giá đỡ vali
3.1. Q trình điền đầy( filling)
SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 6
PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE
Trong phần này chúng ta sẽ phân tích, đánh giá kết quả phân tích của phần mềm, kiểm
tra xem hệ thống dẫn nhựa, thơng số máy ép cho vần đề đảm bảo q trình điền đầy sản phẩm
trong lòng khn.
Mục đích nhằm phát hiện những lỗi xảy ra cho hệ thống kênh dẫn, từ đó khắc phục kịp
thời.
Với ý nghĩa trên, trong phần này chúng ta cần làm rõ các vấn đề: Áp suất phun, nhiệt
độ, tốc độ trượt, ứng suất trượt, thời gian điền đầy.
Trước khi đi vào phân tích, đánh giá kết quả của phần mềm, chúng ta xem kết quả dữ
liệu Filling mà phần mềm đã tính tốn phân tích.
SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 7
PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE
SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 8
PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE
SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 9
PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE
SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 10

PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE
SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 11
PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE
Bảng thơng số kết quả dữ liệu phân tích q trình Filling.
3.1.1.Áp suất phun
Theo thơng số kỹ thuật của nhựa PP cần áp suất tối đa là 103 Mpa. Vì sản phẩm gối đỡ
của vali khơng lớn lắm, tuy hiên là 2 sản phẩm trong 1 lần ép nên ta cài đặt thơng số máy ép
là 100 Mpa.
SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 12
PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE
Hệ thống kênh dẫn nhựa được thiết kế như hình, ưu điểm của việc thiết kế này nhằm tạo
được độ cân bằng dòng chảy trong khn. Vì khi dòng nhựa chảy vào khn dưới áp uất cao
sẽ tạo ra một momen xoắn rất lớn, momen này sẽ làm cho khn xoay mất đi đọ cân bằng,
dẫn đến cần phải có lực kẹp khn lớn. Mặt khác vì khn ln phải chịu một momen xoắn
lớn và lực kẹp lớn, lâu ngày sẽ ảnh hưởng đến tuổi thọ của khn. Còn với hệ thống kênh dẫn
của chúng ta áp lực sẽ được chia điều cho 2 bên nên tạo được độ cân bằng cho khn cũng
như cân bằng được dòng chảy vào khn, giúp điền đầy hiệu quả hơn.
Hệ thống kênh dẫn nhựa
SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 13
PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE
Áp suất điền đầy cần thiết
Theo kết quả tính tốn phân tích của phần mềm đưa ra, áp suất tối đa cần thiết cho việc
điền đầy phải là 60 Mpa tại miệng phun. Theo thơng số áp suất nhà sản xuất đưa ra chung
cho vật liệu PP nằm trong khoảng từ 6 đến 103 Mpa. Như vậy với thơng số áp suất máy mà
chúng ta đã cài đặt 100Mpa là hợp lý. Áp suất này đảm bảo cho q trình điền đầy mà khơng
lãng phí bởi vì áp suất này cần thiết cho q trình packing tiếp theo.
Theo kết quả trên hình cho thấy áp suất lớn nhất trên sản phẩm là khoảng 40 Mpa, và áp
suất bé nhất là khoảng dưới 5 Mpa. Tại những nơi này dể gây ra thiếu hụt vật liệu nếu như
chúng ta chỉ dừng q trình ép phun ở giai đoạn này. Tuy nhiên điều này hồn tồn khắc phục
được vì chúng ta còn q trình bảo áp( packing pressure) diễn ra tiếp theo sau q trình này.

Như vậy là vấn đề áp suất đã đảm bảo, chúng ta xét đến vấn đề tiếp theo là nhiệt độ
khn.
SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 14